JP2779429B2 - 動弁機構のバルブタイミング・リフト量可変機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスイングアームタイプのロッカアームを用い
た内燃機関の動弁機構に関し、特にバルブタイミング及
びバルブリフト量の可変機構に係るものである。

［従来の技術］ 従来の内燃機関の動弁機構は、内燃機関の回転数の変
化に拘らずバルブタイミングもバルブリフト量も常に一
定であったため、各運転条件において最適な出力性能が
得られないという問題があった。

そこで、最近では種々のバルブタイミング・リフト量
可変機構が開発され、一部に実用化されたものもある。
例えば、スイングアームタイプの動弁機構においては、
低速用カムにより作用する低速用ロッカアームと、高速
用カムにより作用する高速用ロッカアームとを、各々の
ボス部に形成した取付孔においてロッカシャフトに回動
可能に軸着し、両ロッカアームを油圧ピストンを用いた
連結機構で連結及び切離しすることにより作用カムを切
換えるようにしたものがある。この連結機構は、両ロッ
カアームのうちボス部よりバルブ側の部位に内蔵された
油圧ピストン及びそのシリンダにより構成され、該油圧
ピストンは両ロッカアームの間でロッカシャフトの軸線
方向と平衡にスライドするようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上に例示したバルブタイミング・リフト量可
変機構においては、連結機構の設計の自由度が小さいと
いう問題があった。なぜならば、連結機構が両ロッカア
ームのうちボス部よりバルブ側の部位に内臓されていた
ため、スペースの点で不利であり、また油圧ピストンが
両ロッカアームの間でロッカシャフトの軸線方向と平行
にスライドするようになっていたため、該油圧ピストン
の長さとストロークを大きくとることが難しかったから
である。

本発明の目的は、各運転条件に応じた最適な出力性能
を得ることができることは勿論、連結機構の配置スペー
ス及び油圧ピストンの長さやストロークを大きくとるこ
とができ、連結機構の設計の自由度を高くすることがで
きる新規な動弁機構のバルブタイミング・リフト量可変
機構を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、請求項１においては、低
速用カムにより作用する低速用ロッカアームと、高速用
カムにより作用する高速用ロッカアームとを、各々のボ
ス部に形成した取付孔においてロッカシャフトに回動可
能に軸着し、該ボス部とバルブ当り部との間にカム当り
部を設けたスイングアームタイプの動弁機構であって、
前記両ロッカアームを油圧ピストンを用いた連結機構で
連結及び切離しすることにより作用カムを切換えるよう
にしたバルブタイミング・リフト量可変機構において、
前記連結機構は、低速用ロッカアームのボス部より反バ
ルブ側に突設した支持部と、該支持部に対しピストン側
面において当接可能に繰出すよう、高速用ロッカアーム
のボス部より反バルブ側にロッカシャフトの軸線方向と
は直角に配置した油圧ピストン及びそのシリンダと、中
空に形成したロッカシャフトからシリンダまで連通した
油供給路とにより構成し、 さらに、請求項２においては、前記低速用ロッカアー
ムの支持部と高速用ロッカアームの油圧ピストンとの当
接面を、油圧ピストンの軸線方向に対して傾斜させて設
けた。

また、請求項３においては、前記高速用ロッカアーム
の取付孔とロッカシャフトとの間に筒状のアイドルシャ
フトを挿通し、該アイドルシャフトに回転手段を接続す
るとともに、該アイドルシャフトには前記油供給路を開
閉し得る油開閉孔とシリンダから大気に連通し得る油抜
き溝とを互いに一定角度をおいて設けた。

また、請求項４においては、低速用ロッカアームと高
速用ロッカアームとの間に、高速用ロッカアームを高速
用カム側に付勢する付勢用スプリングを設けた。

［作用］ 請求項１のバルブタイミング・リフト量可変機構によ
れば、前記両ロッカアームを油圧ピストンを用いた連結
機構で連結及び切離して作用カムを切換えることによ
り、各運転条件に応じた最適な出力性能を得ることがで
きることは勿論、支持部、油圧ピストン等をボス部より
反バルブ側に設けたのでスペース上有利になり、また、
該油圧ピストン等をロッカシャフトの軸線方向とは直角
に設けたので、該油圧ピストンの長さとストロークを大
きくとれるようになる。

さらに、請求項２によれば、前記支持部と油圧ピスト
ンとの当接面を油圧ピストンの軸線方向に対して傾斜さ
せて設けたので、たとえ両ロッカアームの各部に加工の
ばらつきが生じ、油圧ピストンと支持部との位置関係が
多少ずれたとしても、このずれを前記当接面の傾斜が十
分吸収し、油圧ピストンは支持部に対し常にスムーズに
当接できるようになる。

また、請求項３によれば、油圧回路が１回路しかなく
ても、前記アイドルシャフトを回転することにより油圧
ピストンの作動を制御できるようになる。

また、請求項４によれば、低速用ロッカアームと高速
用ロッカアームとが切離された時に生じる両ロッカアー
ムの揺動差を付勢用スプリングが伸縮して吸収する。

［第一実施例］ 以下、本発明を具体化したバルブタイミング・リフト
量可変機構の第一実施例について、第１図〜第７図を参
照して説明する。

内燃機関のシリンダヘッド（図示略）には吸気バルブ
又は排気バルブのバルブステム１が公知の構造により往
復運動可能に設けられている。このバルブステム１の第
１図等における右上方にはカムシャフト２が前後方向に
延び、該カムシャフト２には第７図に破線で示す通りの
比較的小さい作用角及びリフト量を備えた低速用カム３
と、同図に実線で示す通りのより大きな作用角及びリフ
ト量を備えた高速用カム４とが並んで設けられている。
もっとも、両カム3,4の位相差はわずかなものである。

前記カムシャフト２の第１図等における右下方には軸
心に油流通孔６を備えた中空のロッカシャフト５が前後
方向に延び、該ロッカシャフト５には低速用カム３によ
り作用する低速用ロッカアーム７と、高速用カム４によ
り作用する高速用ロッカアーム８とが並んで配置され、
各々基端のボス部9,10に形成された取付孔11,12におい
て回動可能に外嵌・軸着されている。

前記低速用ロッカアーム７はボス部９からバルブ側に
延びるスイングアームタイプのものであって、バルブ側
先端部にはアジャストスクリュー13が上下位置調節可能
に螺着され、バルブ側途中部の上面には低速用カム３の
当接するパッド部14が形成されている。一方、低速用ロ
ッカアーム７のボス部９より反バルブ側には、高速用ロ
ッカアーム８のボス部10より反バルブ側に向かって折曲
した支持部15が突設されている。

前記高速用ロッカアーム８もボス部10からバルブ側に
延びるが、このバルブ側には高速用カム４の当接するパ
ッド部16のみが形成され、低速用ロッカアーム７と異な
りアジャストスクリューは有しない。一方、高速用ロッ
カアーム８のボス部10より反バルブ側かつ下方にはブロ
ック17が一体化され、該ブロック17にはその左方から穿
孔されさらに盲栓26が嵌められることによって、ボス部
10回りにロッカシャフト５の軸線方向とは直角に延びる
シリンダ18が形成されている。該シリンダ18には油圧ピ
ストン19が往復運動可能に装着され、油圧ピストン19の
右端部はその下部がブロック17に支えられながら外部に
繰出し得る。

このように、支持部15、油圧ピストン19等はボス部10
より反バルブ側に設けられているのでスペース上有利で
あるばかりでなく、該油圧ピストン19等はロッカシャフ
ト５の軸線方向とは直角に設けられているので、該油圧
ピストン19の長さとストロークを大きくとることがで
き、設計の自由度が高くなるという効果がある。

そして、ロッカシャフト５の油流通孔６と、該油流通
孔６からボス部10の取付孔12に向けて形成された油供給
孔20と、該取付孔12内面に形成された環状溝21と、ボス
部10からシリンダ18に向けて形成された油導入孔22とに
より、ロッカシャフト５からシリンダ18まで連通した油
供給路23が構成されている。このシリンダ18に後述する
高圧回路33によって高圧油が供給されたとき、油圧ピス
トン19の右端部が繰出して低速用ロッカアーム７の支持
部15に下方から当接し、もって両ロッカアーム7,8が連
結されるように各部が配置されている。

また、油圧ピストン19の左端の摺動フランジ24とシリ
ンダ18の右端壁との間には、該油圧ピストン19を常には
左方向へ付勢するリターンスプリング25が装着されてい
る。そして、前記シリンダ18に高圧油が供給されないと
き、油圧ピストン19はリターンスプリング25により支持
部15との当接が解かれてシリンダ18内に復帰し、もって
両ロッカアーム7,8が切離されるようになっている。

前記油圧ピストン19の作動は、第４図に示すようにロ
ッカシャフト５の油流通孔６に対して、低圧回路32から
の低圧油と高圧回路33からの高圧油を電磁弁34で切換え
て供給することにより行い、低圧油による油圧ピストン
19の押圧荷重＜リターンスプリング25荷重＜高圧油によ
る油圧ピストン19の押圧荷重、の関係が成立するように
油圧が設定されている。なお、電磁弁34には図示しない
内燃機関の公知の回転数センサーが接続され、基準回転
数以下のときは低圧回路32を、基準回転数を越えるとき
は高圧回路33を各々自動的に選択するようになってい
る。

前記両ロッカアーム7,8のボス部9,10間には高速用ロ
ッカアーム８を常に第１図等において右回り方向に付勢
する付勢用スプリング27が配設されている。この付勢用
スプリング27の具体的形状や構造は特に限定されない
が、本実施例の付勢用スプリング27には、第３図及び第
５図に示すように正面形状が略四分の三円環で断面形状
が矩形のリーフスプリングが使用され、該円環の切れ目
の上端に凸設された係止凸起28が、低速用ロッカアーム
７のボス部９に凹設された係止孔29に嵌入され、同じく
円環の切れ目の下端に凸設された係止凸起30が、高速用
ロッカアーム８のボス部10に凹設された係止孔31に嵌入
されている。その他、例えば第６図に示すようにコイル
スプリングの両端に前記係止凸起28,30を形成した付勢
用スプリング27を使用することもできる。

以上のように構成された本実施例のバルブタイミング
・リフト量可変機構について、次にその動作を説明す
る。

（１）内燃機関が基準回転数以下の低回転で運転される
とき、前記電磁弁34は低圧回路32を選択する。取付孔12
内は該低圧油によって潤滑されるが、油圧ピストン19は
該低圧油によっては駆動されないため第２図に示すよう
にリターンスプリング25によりシリンダ18内に退入して
いる。よって、油圧ピストン19は低速用ロッカアーム７
の支持部15に当接せず、両ロッカアーム7,8を切離して
いる。

この状態でカムシャフト２が回転すると、第７図に示
したように高速用カム４の方が低速用カム３より作用角
及びリフト量が大きいため、まず、高速用カム４の方か
ら先に高速用ロッカアーム８のパッド部16を押圧し始め
る。しかし、前記の通り両ロッカアーム7,8は切離され
ているので、該高速用ロッカアーム８は単に揺動するだ
けで、低速用ロッカアーム７及びバルブステム１には何
の影響も与えない。続いて直ぐに、低速用カム３が低速
用ロッカアーム７のパッド部14を押圧し、該低速用ロッ
カアーム７は揺動して第７図に破線で示した作用角及び
リフト量でバルブステム１を駆動することになる。この
ときの両ロッカアーム7,8のわずかな揺動差は、前記付
勢用スプリング27が吸収する。

以上のようにして、低回転運転時にはバルブの作用角
及びリフト量が比較的小さくなるため、低回転に適した
高いトルクが得られる。

（２）次に、内燃機関が基準回転数を越えた高回転で運
転されるとき、前記電磁弁34は高圧回路33を選択する。
油圧ピストン19は該高圧油によって駆動され、その右端
部が繰出して低速用ロッカアーム７の支持部15に下方か
ら当接し、両ロッカアーム7,8を連結する。

この状態でカムシャフト２が回転すると、低回転時と
同じく、まず、高速用カム４の方から先に高速用ロッカ
アーム８のパッド部16を押圧し始める。すると、高速用
ロッカアーム８が揺動し、その反バルブ側の油圧ピスト
ン19が低速用ロッカアーム７の支持部15を押し上げるた
め、該低速用ロッカアーム７も高速用ロッカアーム８と
全く同じように揺動し始める。このように低速用ロッカ
アーム７が高速用カム４に基づく高速用ロッカアーム８
を介して揺動するようになると、一方の作用角及びリフ
ト量が小さい低速用カム３はもはや低速用ロッカアーム
７のパッド部14には接触しなくなる。結局、低速用ロッ
カアーム７は高速用カム４に基づいて揺動し、第７図に
実線で示した作用角及びリフト量でバルブステム１を駆
動する。

このように高回転運転時にはバルブの作用角及びリフ
ト量が大きくなるため、より高回転が可能となり、高い
出力が得られる。

［第二実施例］ 第８図に示すバルブタイミング・リフト量可変機構の
第二実施例は、前記高速用ロッカアーム８の油圧ピスト
ン19と低速用ロッカアーム７の支持部15との当接面を、
油圧ピストン19の軸線方向に対して傾斜させて設けた点
においてのみ、第一実施例と相違している。

すなわち、互いに当接する支持部15の下面と油圧ピス
トン19の右端部上面とが、第一実施例では油圧ピストン
19の軸線方向と平行に設けられていたが、本実施例では
油圧ピストン19の軸線方向に対して角度αだけ傾斜させ
て設けられている。

従って、本実施例によれば、勿論第一実施例と同様の
作用及び効果を奏するほか、たとえ両ロッカアーム7,8
の各部に加工のばらつきが生じ、油圧ピストン19と支持
部15との位置関係が多少ずれたとしても、このずれを前
記角度αが十分吸収するため、油圧ピストン19は支持部
15に対し常にスムーズに当接することができる。

［第三実施例］ 第９図〜第12図に示すバルブタイミング・リフト量可
変機構の第三実施例は、前記高速用ロッカアーム８の取
付孔12とロッカシャフト５との間に筒状のアイドルシャ
フト35を挿通し、該アイドルシャフト35に回転手段36を
接続するとともに、該アイドルシャフト35には前記油供
給路23を開閉し得る油開閉孔37とシリンダ18から大気に
連通し得る油抜き溝38とを互いに一定角度（例えば90
度）をおいて設けた点においてのみ、第一実施例と相違
している。なお、本実施例では、前記アイドルシャフト
35をさらに低速用ロッカアーム７の取付孔11にも挿通
し、該アイドルシャフト35の後端は後述する歯車40によ
ってボス部９に止め、前端は止め輪39によってボス部10
に止めることにより、両ロッカアーム7,8をサブアッセ
ンブリ化して組付性の向上を図っている。

前記回転手段36は特定の方式・構造に限定されず、モ
ーター、ソレノイド等を使用した電磁式、カムとの連動
式、負圧力を利用した方式等を例示することができる。
本実施例の回転手段36は、アイドルシャフト35の後端に
形成された歯車40に噛み合う歯車41を図示しないモータ
ーにより駆動するものである。

上記構造をとることにより、本実施例では第一実施例
のような２種類の低圧回路32及び高圧回路33は不要とな
り、油圧ピストン19を駆動し得る１つの高圧回路33（リ
ターンスプリング25を弱いものとすれば低圧回路32でも
可）で済む。

次に、本実施例の動作を簡単に説明する。

（１）内燃機関が基準回転数以下の低回転で運転される
とき、前記アイドルシャフト35は第10図に示す通り油抜
き溝38が油導入孔22とシリンダ18に連通する位置となる
ように回転している。勿論、油供給路23は閉じている。
従って、シリンダ18内の油は油抜き溝38から外部に排出
され、油圧ピストン19はリターンスプリング25によりシ
リンダ18内に退入する。よって、第一実施例と同様に低
速用ロッカアーム７が第７図に破線で示した作用角及び
リフト量でバルブステム１を駆動する。

（２）次に、内燃機関が基準回転数を越えた高回転で運
転されるとき、前記アイドルシャフト35は第９図に示す
ように油開閉孔37が油供給孔20と油導入孔22に連通する
位置となるように回転し、油供給路23を開く。従って、
油圧ピストン19は油供給路23から供給される油圧によっ
て駆動され、その右端部が繰出して低速用ロッカアーム
７の支持部15に下方から当接する。よって、第一実施例
と同様に低速用ロッカアーム７が高速用カム４に基づい
て揺動し、第７図に実線で示した作用角及びリフト量で
バルブステム１を駆動する。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるもので
はなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更し
て具体化することもできる。

［発明の効果］ 本発明は、上記の通り構成されているので、次のよう
な優れた効果を奏する。

まず、請求項１のバルブタイミング・リフト量可変機
構によれば、各運転条件に応じた最適な出力性能を得る
ことができることは勿論、連結機構の配置スペース及び
油圧ピストンの長さやストロークを大きくとることがで
き、連結機構の設計の自由度を高くすることができる。

さらに、請求項２のバルブタイミング・リフト量可変
機構によれば、各部の寸法の誤差を吸収して、油圧ピス
トンを支持部に対し常にスムーズに当接させることがで
きる。

また、請求項３のバルブタイミング・リフト量可変機
構によれば、油圧回路を簡素化することができる。

また、請求項４のバルブタイミング・リフト量可変機
構によれば、低速用ロッカアームと高速用ロッカアーム
とが切離された時に生じる両ロッカアームの揺動差を吸
収できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本発明のバルブタイミング・リフト量可変
機構の第一実施例を示し、第１図は高回転運転時の断面
図、第２図は低回転運転時の断面図、第３図は該機構の
右側面図、第４図は油圧回路図、第５図は該機構の分解
斜視図、第６図は付勢用スプリングの別例を示す斜視
図、第７図はカム回転角とリフト量との関係を模式的に
示すグラフである。 第８図はバルブタイミング・リフト量可変機構の第二実
施例の断面図である。また、第９〜12図はバルブタイミ
ング・リフト量可変機構の第三実施例を示し、第９図は
高回転運転時の断面図、第10図は低回転運転時の断面
図、第11図は該機構の側断面図、第12図はアイドルシャ
フトの側面図である。 ５…ロッカシャフト、７…低速用ロッカアーム、８…高
速用ロッカアーム、9,10…ボス部、12…取付孔、15…支
持部、18…シリンダ、19…油圧ピストン、23…油供給
路、27…付勢用スプリング、35…アイドルシャフト、36
…回転手段、37…油開閉孔、38…油抜き溝。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低速用カムにより作用する低速用ロッカア
   ームと、高速用カムにより作用する高速用ロッカアーム
   とを、各々のボス部に形成した取付孔においてロッカシ
   ャフトに回動可能に軸着し、該ボス部とバルブ当り部と
   の間にカム当り部を設けたスイングアームタイプの動弁
   機構であって、前記両ロッカアームを油圧ピストンを用
   いた連結機構で連結及び切離しすることにより作用カム
   を切換えるようにしたバルブタイミング・リフト量可変
   機構において、 前記連結機構は、低速用ロッカアーム（７）のボス部
   （９）より反バルブ側に突設した支持部（15）と、該支
   持部（15）に対しピストン側面において当接可能に繰出
   すよう、高速用ロッカアーム（８）のボス部（10）より
   反バルブ側にロッカシャフト（５）の軸線方向とは直角
   に配置した油圧ピストン（19）及びそのシリンダ（18）
   と、中空に形成したロッカシャフト（５）からシリンダ
   （18）まで連通した油供給路（23）とにより構成したこ
   とを特徴とする動弁機構のバルブタイミング・リフト量
   可変機構。
2. 【請求項２】前記低速用ロッカアーム（７）の支持部
   （15）と高速用ロッカアーム（８）の油圧ピストン（1
   9）との当接面を、該油圧ピストンの軸線方向に対して
   傾斜させて設けた請求項１記載の動弁機構のバルブタイ
   ミング・リフト量可変機構。
3. 【請求項３】前記高速用ロッカアーム（８）の取付孔
   （12）とロッカシャフト（５）との間に筒状のアイドル
   シャフト（35）を挿通し、該アイドルシャフトに回転手
   段（36）を接続するとともに、該アイドルシャフトには
   前記油供給路（23）を開閉し得る油開閉孔（37）とシリ
   ンダ（18）から大気に連通し得る油抜き溝（38）とを互
   いに一定角度をおいて設けた請求項１記載の動弁機構の
   バルブタイミング・リフト量可変機構。
4. 【請求項４】前記低速用ロッカアーム（７）と高速用ロ
   ッカアーム（８）との間に、高速用ロッカアーム（８）
   を高速用カム（４）側に付勢する付勢用スプリング（2
   7）を設けた請求項１記載の動弁機構のバルブタイミン
   グ・リフト量可変機構。